3 Литейные сплавы

В качестве литейных материалов применяется чугун, сталь и сплавы цветных металлов. Серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью и неболь»шой линейной усадкой, стоимость его невысока. Применяется он для производства отливок простой и сложной конфигурации, разного веса и сечения. Однако он хрупок, имеет малое относительное удлинение, а поэтому не применяется для получения литых деталей, работающих под действием ударных нагрузок. Сталь имеет более низкие литейные свойства, чем серый чугун. Однако сталь имеет более высокие механические свойства, чем серый чугун, и поэтому применяется для получения отливок, которые будут работать при больших ударных нагрузках. Сплавы цветных металлов применяются в литейном производстве для отливок, от которых требуется прочность, малый вес, коррозионная стойкость.

Производство отливок из чугунов

Около 72% всех отливок по массе получают из чугунов: серого (»64%), легированного (»41%), ковкого (»3%) и высокопрочного (»1%). Как уже говорилось выше, серый чугун имеет хорошие литейные свойства: прекрасную жидкотекучесть (600 – 700 мм), и наименьшую усадку (0,9 – 1,2%) при затвердевании. А главное состоит в том, что серый чугун – самый дешевый литейные материал. Хорошо обрабатывается на металлорежущих станках. Но литейный чугун плохо работает на растяжение. Однако прогресс в технологии лить способствовал тому, что теперь мы можем получать отливку из того же серого чугуна, но уже с прочностью при растяжение в 3 – 4 раза большей. Это было достигнуто, главным образом, развитием способов, так называемой, ковшовой обработки чугуна. После выпуска чугуна из печи в ковш забрасывают добавки, которые существенно влияют на качество чугуна. Одни добавки десульфируют чугун, т.е. удаляют из него вредную примесь – серу. Другие модифицируют его, измельчая и округляя зерно, как металлической основы чугуна, так и его графитовых включений. Так получается высокопрочный чугун с шаровидным графитом, имеющий значительно более высокую прочность и пластичность, чем серый чугун. Такой чугун получают модифицированием Mg, иногда Mg – FeSi  лигатурой, церием и др. Третьи – легируют чугуны, т.е. повышают его механические или специальные свойства. Так литейное производство выпускает много отливок из жаростойкого, антифрикционного, коррозионностойкого, немагнитного и износостойкого чугунов. Детали ходовых частей машины, их трансмиссионных узлов испытывают знакопеременные нагрузки. Такие детали отливают из ковкого чугуна. Он имеет более высокие механические свойства. Ковкий чугун получается путем отжига отливок из белого чугуна.

Стальное литье

Сталь обладает более низкими литейными свойствами, чем серый чугун: она менее жидкотекуча (300 – 350 мм), дает большую усадку (1,8 – 2,5%), более склонна к образованию при затвердевании усадочных раковин и трещин. Температура плавления стали выше чем серого чугуна (1400 – 1525⁰С, температура заливки – 1550 – 1600⁰С), поэтому из стали труднее получить отливки высокого качества. Тем не менее стальное литье широко распространено. Стальные детали обладают большей прочностью и вязкостью, более надежны и долговечны в работе, лучше выдерживают ударные нагрузки, чем чугунные. Литые изделия из стали могут иметь различные очертания, и их изготовление обходится значительно дешевле, чем обработкой резанием или давлением. Для получения мелкого литья используется более горячий металл, чем для крупного. Формовочные материалы, применяемые для стального литья должны обладать более высокой огнеупорностью, поэтому кварцевый песок должен быть чистым, а глина без примесей. Для повышения газопроницаемости литейной формы в ней устраивают больше вентиляционных каналов. В качестве литейного материала применяется углеродистая и легированная сталь.

Литье цветных сплавов

Для получения цветного литья формовочные смеси в отличие от смесей от смесей, применяемых при изготовлении чугунных и стальных отливок, должны быть мелкозернистыми, обладать хорошей газопроницаемостью, податливостью и пластичностью. Металлическая шихта для выплавления сплавов цветных металлов состоит из чистого цветного металла, лома и отхода производства в виде литников, прибылей и брака литья. Перед разливкой сплавы цветных металлов раскисляют, очищают от попавших неметаллических включений и модифицируют. Область применения цветного сплава для изготовления отливок зависит от требований, предъявляемым к литым изделиям.

15.1 Литье магниевых сплавов. Отливки из литейных магниевых сплавов (Мл2, Мл3 и т.д. – цифра условный номер сплава) имеют относительно высокую удельную прочность и используются в авиастроении, приборостроении и т.д. Выплавка сплавов связана с рядом затруднений, они обладают легкой окисляемостью при нагревании и способны воспламенятся при температуре 6000С. Выплавку производят в  электрических печах сопротивления в тиглях под слоем флюсов. Для получения отливок из магниевых сплавов широко применяется литье под давлением.

15.2 Титановые сплавы, обладающие малой плотностью, высокой прочностью, нашли широкое применение. Титан и его сплавы в жидком состоянии чрезвычайно химически активны. Они энергично растворяют O2, N2, H2 и C, вступают в химические реакции с материалами форм. Поэтому плавить и разливать Ti и его сплавы необходимо в условии вакуума или в атмосфере нейтрального газа (например, аргона). Плавка ведется в медном водоохлаждаемом тигле. Для получения отливок применяются бронзовые, керамические или графитовые формы. И тигли и формы изнутри облицовывают слоем твердого титана, называемого гарнисажем. Таким образом, расплавленный титан и его сплав находится в контакте со слоем твердого титана толщиной 25 мм и никакими примесями не загрязняется. Марки: ВТ5-Л, ВТЛ1, ВТ6Л и т.д.

15.3 Сплавы на медной основе. Отливки, получаемые из сплавов на медной основе, отличаются износоустойчивостью, коррозионной стойкостью, повышенной кислотоупорностью, способностью работать при высоких температурах и под давлением. Медные сплавы обладают хорошей текучестью, позволяющей получать отливки любых сложных очертаний. В обозначении марок литейных бронз и латуней дополнительно указывается буква «Л»: БрАЖ9-4Л, ЛАЖ60-1-1Л. Либо без «Л», например ЛЦ16К4. (А – Al, Ж – Fe, С – Pb, Ф – P, Н – Ni, Мц – Mn).

15.4 Сплавы на основе алюминия отличаются хорошими литейными свойствами. Отливки из этих сплавов имеют малый вес, и обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью.

5и6 Устройство летийной формы: модель стержни опока стержневые ящики. Технологический процесс получения отливок.

1)Изготовление полуформ по модельным плитам(наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

2)Изготовление стержней.

3)Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

4)Заливка форм расплавленным металлом.

5)Затвердевание и охлаждение отливок.

6)выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

7)отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

8)контроль качества отливок.

Второй вариант

Сущность процесса получения отливок

Для того чтобы получить отливку  необходимо изготовить литейную форму.  Для этого используются формовочные смеси и литейная оснастка, которая включает в себя опоки, модельный комплект или формовочные шаблоны, подмодельные и подопочные плиты, стержневые ящики. Опока представляет собой жесткую раму, в которую набивается формовочная смесь. Полость в литейной форме для заливки расплавленного металла образуется с помощью моделей или формовочных шаблонов. Модель – это приспособление, конфигурация которого соответствует форме отливки, но без отверстий, впадин и углублений. Отверстия, впадины и углубления в отливке образуются с помощью стержней. Процесс изготовления литейной формы называется формовкой. Для получения отливки, модель заформовывается в опоках. За тем опоки разнимаются и модель удаляется. В образовавшуюся полость, в то место, где должно быть отверстие в отливке, устанавливается стержень, который заранее изготавливается в стержневом ящике. Через приготовленные в литейной форме специальные каналы – литниковую систему в полость формы заливается расплавленный металл. Когда металл затвердеет, отливка извлекается из формы, после чего отливка очищается и от нее обрубается литники.

Модели и стержневые ящики

В зависимости от получаемых отливок, их размеров, сложности литейных форм и характера производства модели изготовляются из дерева, металлических сплавов, гипса, пластмасс и других материалов. В единичном производстве применяют деревянные модели, в крупносерийном – металлические. Деревянные модели изготавливают из плотной хорошо просушенной древесины. Для предотвращения коробления модель изготавливается не из целого куска древесины, а склеивают из отдельных частей (брусочков) с тем, чтобы направление волокон было разное. Модель уложенная в форму, соприкасается с влажной формовочной смесью, поэтому древесина модели может отсыреть и разбухнуть. Во избежание этого готовые деревянные модели окрашиваются масляной краской или покрываются модельным лаком. Для чугунного литья модели окрашивают в красный цвет, для стального – синий, цветные металлы – желтый. Знаки в модели окрашивают в черный цвет. Преимущество деревянных моделей – их дешевизна, простота изготовления, при больших размерах небольшая масса; основной недостаток – недолговечность. Модели из пластмасс устойчивы к действию влаги, не подвергаются короблению, имеют небольшую массу. Перспективным является применение моделей из вспененного полистирола, газифицирующего при заливке металла в форму. Применение таких, неудаляемых из формы  моделей упрощает формовку, способствует улучшению качества литья. Металлические модели долговечны, имеют высокую прочность и чистую рабочую поверхность. Чаще всего металлические модели изготовляются из алюминиевых сплавов. Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки на вкличину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,8 – 2%, для чугуна 0,8 – 1,2%. Размеры модели увеличиваются еще на размер припуска для тех мест отливки, которые в дальнейшем будут подвергать механической обработке. Чтобы не повредить литейную форму при удалении модели, вертикальные стенки ее выполняются с небольшими формовочными уклонами. В модели делаются выступы, называемые стержневыми знаками. Они образуют в форме углубления, являющиеся опорами для укрепления стержня. В тех случаях, когда пустота в отливке глухая (со всех сторон окружена металлом) стержень укрепляется в форме с помощью жеребеек (подставок и распорок из тонкой листовой стали). По конструкции модели бывают цельными и разъемными. Чтобы обеспечить набивку литейной формы и извлечение модели, модель большей частью изготавливается разъемной. Разъемная модель состоит из нескольких (обычно двух) частей, причем плоскости разъема модели в большинстве случаев выполняется по плоскостям симметрии отливки. В зависимости от формы и размеров изготавливаемых стержней стержневые ящики делают цельными и разъемными. Последние применяются чаще и обычно состоят из 2-х частей, соединенных шипами. В стержневом ящике образуется полость, очертания которой соответствует наружному контуру стержня, а, следовательно, и контуру полости в отливке. Стержневые ящики бывают деревянные и металлические. Размеры полости в стержневом ящике делаются больше размера отверстия в готовой отливке, т.к. металл при охлаждении и заливании претерпевает усадку.

Опоки

При изготовлении литейной формы опока устанавливается на подмодельную плиту. В опоку укладывается модель, засыпается формовочная смесь, которая затем утрамбовывается. Опока ограничивает приготовленную земля и не позволяет ей деформироваться во время заливки жидкого металла. Опоки бывают деревянные и металлические (чугунные, стальные, из алюминиевых сплавов), литые и сварные. Для соединения верхней нижней опок делают проушины (приливы) с отверстиями, в которые вставляются направляющие штыри. Тем самым предупреждается сдвиг верхней опоки относительно нижней и обеспечивается плотное соприкосновение поверхностей обеих опок перед заливкой форм. Для предупреждения высыпания формовочной смеси опоки имеют буртики, а в крупных опоках дополнительно устанавливаются продольные и поперечные перегородки. В стенках опоки есть отверстия для выходов газов из литейной формы. На боковых стенках газов верхней и нижней опок имеются ручки, скобы, либо цапфы, служащие для транспортировки опок.